王翠芳 孫備 張利

摘? 要：利用Creo4.0中的NC模塊對(duì)復(fù)雜階梯軸零件進(jìn)行數(shù)控車削加工仿真，完成加工設(shè)置和刀路文件（.ncl序列文件）的創(chuàng)建，通過3D動(dòng)態(tài)屏幕演示觀察加工過程，優(yōu)化加工工藝參數(shù)，然后經(jīng)過后置處理器生成NC代碼（.tap文件），并導(dǎo)入宇龍數(shù)控仿真系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控車削模擬仿真，驗(yàn)證加工可行性，生成可在CAK6136數(shù)控車床上運(yùn)行的G代碼。

關(guān)鍵詞：Creo4.0;數(shù)控車削;仿真

中圖分類號(hào)：TG519.1? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）23-0177-03

Abstract： The NC turning simulation of complex stepped shaft parts is carried out using the NC module in Creo4.0， the machining setting and the creation of tool path file （.ncl sequence file） are completed， the machining process is observed by 3D dynamic screen demonstration， and the machining process parameters are optimized. Then the NC code （.tap file） is generated by the post-processor and imported into the Yulong NC Simulation System for NC turning simulation to verify the machining feasibility and generate the G code which can run on the CAK6136 NC lathe.

Keywords： Creo4.0; NC turning; Simulation

1 概述

PTC Creo Parametric4.0（簡(jiǎn)稱Creo4.0）是目前產(chǎn)品制造行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的 CAD/CAM/CAE軟件之一[1]。該軟件是美國(guó) PTC公司生產(chǎn)的標(biāo)志性軟件，涵蓋草繪設(shè)計(jì)、三維造型設(shè)計(jì)、機(jī)械仿真設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、數(shù)控加工等內(nèi)容，專業(yè)性強(qiáng)，也是各大高校機(jī)械制造、機(jī)電一體化、車輛工程、工業(yè)設(shè)計(jì)等專業(yè)的必修課程。文中以Creo4.0為核心，通過分析零件圖紙，建立三維模型，運(yùn)用數(shù)控加工（即NC）模塊生成數(shù)控加工程序，并在宇龍仿真軟件驗(yàn)證其可行性。

2 建立模型

2.1 Creo4.0三維零件模型創(chuàng)建

（1）零件圖及工藝分析

如圖1所示零件圖，經(jīng)分析，該零件由圓柱、圓錐及圓弧面等幾何要素組成，屬于典型的回轉(zhuǎn)體零件。尺寸標(biāo)注符合數(shù)控加工要求，加工精度要求比較高。如果采用手工編程數(shù)值計(jì)算繁瑣、程序量大而且精確度難以保證。故采用專業(yè)三維造型軟件Creo4.0實(shí)現(xiàn)工件的幾何造型，通過NC模塊設(shè)定、優(yōu)化工藝參數(shù)，生成加工路徑及G代碼程序。

該零件外形規(guī)整，具有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，便于加工和測(cè)量，并且輪廓幾何要素定義完整。因此選擇毛坯尺寸Φ55mm×120mm，材料為45鋼，棒材，切削性能良好。從零件表面粗糙度要求來分析，需要進(jìn)行粗車和精車兩步工序，粗車去除大部分的加工余量，精車以提高表面質(zhì)量為主，去除剩下的余量[2]。

（2）Creo4.0建立零件的設(shè)計(jì)模型

根據(jù)零件的二維圖紙，應(yīng)用Creo4.0的零件設(shè)計(jì)模塊完成零件建模，如圖2所示，此模型作為后續(xù)車削路徑的參照模型。

2.2 NC刀具路徑規(guī)劃

（1）確定加工方案

零件外輪廓粗車，采用“區(qū)域車削”的方法，循環(huán)路徑切削去除大部分材料。

零件外輪廓精車，采用“輪廓車削”的方法，通過定義輪廓，實(shí)現(xiàn)刀具沿輪廓路徑連續(xù)走刀，達(dá)到零件圖紙要求的尺寸[1]。

（2）創(chuàng)建NC序列文件

NC序列的創(chuàng)建實(shí)際上是對(duì)數(shù)控車削加工一系列操作過程和所建立工藝數(shù)據(jù)庫的一個(gè)集合過程。NC序列創(chuàng)建的主要步驟如下：

a.建立制造模型

雙擊打開Creo parametric4.0，點(diǎn)擊文件-新建-類型“制造”，子類型“NC裝配”-定義文件名“jietizhou”-確定。導(dǎo)入零件的參考模型，選擇自動(dòng)裝配工件模型（即毛坯件模型）。

b.定義操作

加工操作包括選擇機(jī)床、刀具、定義工件坐標(biāo)系（即編程零點(diǎn)）、退刀平面等內(nèi)容。具體步驟可參考Creo parametric4.0教程，這里不再贅述。

c.設(shè)置加工工藝參數(shù)

根據(jù)車削方法，選擇相應(yīng)的加工工藝參數(shù)?！皡^(qū)域車削”加工工藝參數(shù)如下圖3所示。

d.定制刀具路徑

在草繪方式下利用繪圖命令創(chuàng)建如圖4所示刀具路徑。

定義完成后可以預(yù)覽刀具運(yùn)動(dòng)軌跡如圖5，如果滿足要求，點(diǎn)擊“完成序列”，生成后綴名為.ncl的序列文件即CL數(shù)據(jù)，部分CL數(shù)據(jù)如圖6所示。Creo自動(dòng)記錄NC序列定制過程中的所有相關(guān)信息，可以通過打開“序列信息”查看各項(xiàng)參數(shù)。如果有偏差，可以修改參數(shù)，重新定義。

精加工“輪廓車削”各項(xiàng)步驟類似。

2.3 NC后處理

NC序列完成后生成的ASCⅡ格式的CL文件是一組APT語言指令集，需要經(jīng)過后置處理器文件轉(zhuǎn)換成數(shù)控G代碼程序，供不同機(jī)床識(shí)別和選用。

選擇“工具”-“CL數(shù)據(jù)”-“后處理”-打開“jietizhou.ncl”序列文件-選擇后置處理器進(jìn)行后置處理，生成后綴為.tap的G代碼文件“jietizhou.tap”[1]。按照上述的操作過程完成零件精加工程序，匯總后保存在指定的文件夾內(nèi)，以備仿真時(shí)調(diào)用。

3 運(yùn)動(dòng)仿真

3.1 仿真加工

宇龍數(shù)控加工仿真系統(tǒng)是上海宇龍軟件工程有限公司開發(fā)的模擬數(shù)控機(jī)床操作全過程的一款仿真軟件，該軟件在數(shù)控仿真領(lǐng)域很具代表性，是國(guó)家及各省市指定的數(shù)控模擬考核系統(tǒng)[2]。提供的機(jī)床包括車床、銑床、加工中心，包括FANUC、SIEMENS等目前應(yīng)用比較廣泛的控制系統(tǒng)，同時(shí)具有毛坯定義、工件裝夾、豐富的刀具庫等內(nèi)容，適合各種加工程序檢驗(yàn)及初學(xué)者操作練習(xí)。根據(jù)加工零件的類型，文中選擇數(shù)控車床-FANUC Oi系統(tǒng)-標(biāo)準(zhǔn)（平床身前置刀架）。具體操作流程如下：

（1）開機(jī)、回參考點(diǎn)

單擊操作面板上的“啟動(dòng)”按鈕，“機(jī)床電機(jī)”“伺服控制”指示燈亮，釋放“急停按鈕”。然后，檢查“回原點(diǎn)”指示燈是否亮，如果指示燈亮，表示已經(jīng)進(jìn)入回原點(diǎn)模式。如果指示燈不亮，需要執(zhí)行“回原點(diǎn)”操作?；卦c(diǎn)即回機(jī)床參考點(diǎn)，它是機(jī)床上一個(gè)固定的點(diǎn)，機(jī)床每次通電后，都要先進(jìn)行回參考點(diǎn)操作，目的是建立數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系，確定機(jī)床原點(diǎn)。

點(diǎn)擊“回原點(diǎn)”按鈕，進(jìn)入“回原點(diǎn)”操作模式。單擊“X”軸-正方向移動(dòng)“+”，“X原點(diǎn)燈亮”，此時(shí)X軸已經(jīng)回到原點(diǎn)。同樣的方法，Z軸回原點(diǎn)[2]。

（2）定義毛坯和裝夾

單擊菜單欄上“零件”-“定義毛坯”，系統(tǒng)打開“毛坯定義”對(duì)話框。根據(jù)上述零件模型，在對(duì)話框中輸入“毛坯名字”、“材料”，選擇毛坯形狀為圓柱形，定義尺寸Φ55mm×120mm。

單擊“零件”-“放置零件”，系統(tǒng)打開操作對(duì)話框，單擊上述毛坯，選中的零件信息加亮，按下“安裝零件”，系統(tǒng)自動(dòng)安裝零件到機(jī)床上[2]。此時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出一個(gè)方向小鍵盤，單擊相應(yīng)的按鍵，可以實(shí)現(xiàn)零件左右平移、旋轉(zhuǎn)及調(diào)頭。

（3）選擇刀具

單擊菜單欄上“機(jī)床”-“選擇刀具”，系統(tǒng)彈出“刀具選擇”對(duì)話框。車床FANUC Oi系統(tǒng)默認(rèn)前置刀架可以同時(shí)安裝4把刀具，刀架圖中刀位1～4對(duì)應(yīng)程序中的T01～T04[3]。

從對(duì)話框右側(cè)選擇相應(yīng)的刀片類型和刀柄。刀具長(zhǎng)度和刀尖半徑可根據(jù)需要進(jìn)行修改，完成后如下圖7所示，單擊“確認(rèn)”按鈕。

（4）程序輸入

Creo4.0仿真完成的數(shù)控程序可以在寫字板或者記事本中打開查看并保存為文本格式（.txt格式），通過FANUC Oi系統(tǒng)的MDI鍵盤輸入[2]。

（5）對(duì)刀

對(duì)刀實(shí)質(zhì)就是測(cè)量程序原點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)之間的偏移距離，建立工件坐標(biāo)系[4]。文中將工件右端面中心點(diǎn)設(shè)為工件坐標(biāo)系原點(diǎn)，采用試切對(duì)刀法，將偏移的坐標(biāo)值（即工件右端面中心點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值）輸入G54坐標(biāo)系中即完成對(duì)刀操作。

（6）自動(dòng)加工

程序?qū)牒罂蓹z查運(yùn)行軌跡，單擊控制面板上的“自動(dòng)運(yùn)行”鍵，然后單擊MDI面板上的“CUSTOM GRAPH”鍵，通過“視圖”菜單中的動(dòng)態(tài)平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等方式檢查刀具運(yùn)行軌跡，確定無誤后，返回主界面。單擊“自動(dòng)運(yùn)行”，完成工件的加工，如圖8所示[2]。

3.2 檢測(cè)與分析

（1）工件形狀的正確性

通過菜單欄“視圖”功能，全方位觀察工件形狀，保證正確性。

（2）檢查工件的尺寸合格性

單擊菜單欄“測(cè)量”-“剖面圖測(cè)量”，分別點(diǎn)擊相應(yīng)尺寸進(jìn)行檢測(cè)，如圖9所示。

3.3 車削程序編制

文中以FANUC Oi系統(tǒng)為例，將Creo4.0生成的程序進(jìn)行修改，并在宇龍數(shù)控仿真系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，得出適合CAK6136數(shù)控車床上運(yùn)行的G代碼。程序如下：

4 結(jié)論

文中以復(fù)雜階梯軸為例，通過Creo4.0建模，設(shè)置加工參數(shù)，仿真生成數(shù)控加工程序，并在宇龍數(shù)控仿真系統(tǒng)軟件中進(jìn)行驗(yàn)證，達(dá)到預(yù)期效果。這兩種方式的結(jié)合不僅可以用于企業(yè)，還可以用于輔助教學(xué)，有效解決機(jī)床少，實(shí)習(xí)學(xué)生多的問題，而且避免了學(xué)生因誤操作造成危險(xiǎn)及機(jī)床損壞，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐敏.基于Pro/E和VERICUT的虛擬數(shù)車床建模與仿真應(yīng)用[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2012，5.

[2]彭美武.宇龍4.2數(shù)控仿真技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例詳解[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[3]黃金.UG在數(shù)控車削加工仿真中的應(yīng)用[J].科技信息，2009（1）：10-11.

[4]耿家源.基于MasterCAM 的密封塞數(shù)控仿真加工[J].科技視界，2014，6：136.